JP6567951B2 - Gas exhaust method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造装置、特に、プラズマ処理装置のガス排気方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a gas exhaust method for a plasma processing apparatus.
本技術分野の背景技術として、特開昭59−009171号公報(特許文献1)、特開昭61−052374号公報(特許文献2)、特開昭63−126682号公報(特許文献3)および特開昭63−317680号公報(特許文献4)がある。 As background art of this technical field, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-009171 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-052374 (Patent Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-126682 (Patent Document 3) and There exists Unexamined-Japanese-Patent No. 63-317680 (patent document 4).
特開昭59−009171号公報(特許文献1)には、金属円筒体における内周面への断熱・耐磨性被覆層の形成方法が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-009171 (Patent Document 1) describes a method for forming a heat insulating and abrasion resistant coating layer on an inner peripheral surface of a metal cylinder.
特開昭61−052374号公報(特許文献2)には、金属基体の表面に硬化したCr酸化物と、ZnとNi、Cr、Al2O3およびSiO2の少なくとも1種とからなる金属混合紛体との強固に結合した被覆層の形成方法が記載されている。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 61-052374 (Patent Document 2) discloses a metal mixture comprising a Cr oxide hardened on the surface of a metal substrate and at least one of Zn, Ni, Cr, Al 2 O 3 and SiO 2. A method for forming a coating layer firmly bonded to a powder is described.
特開昭63−126682号公報(特許文献3)には、化学的に緻密化された皮膜厚さ30〜200μmのセラミックが被覆されたプロジェクション溶接用位置決めピンが記載されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 63-126682 (Patent Document 3) describes a positioning pin for projection welding coated with a chemically densified ceramic having a film thickness of 30 to 200 μm.
特開昭63−317680号公報(特許文献4)には、含浸させる無水クロム酸水溶液中に、クロム酸含有量に対しクロム酸アンモンまたは重クロム酸アンモンを重量で10%以下となるように添加するクロム酸化物皮膜の形成方法が記載されている。 In JP-A-63-317680 (Patent Document 4), ammonium chromate or ammonium dichromate is added to an aqueous chromic anhydride solution to be impregnated so as to be 10% or less by weight with respect to the chromic acid content. A method for forming a chromium oxide film is described.
プラズマ処理装置に備わるガス供給配管では、ガス供給配管の基材(例えばステンレス鋼)とガスとの反応を防止するため、基材の表面に硬質皮膜が形成されている。しかし、硬質皮膜を構成する物質が気化、遊離して、プラズマ処理装置に備わる真空容器の内部に配置された処理室内に流入し、処理室内を汚染するまたは半導体ウェハの上面に付着するという問題が生じていた。 In the gas supply pipe provided in the plasma processing apparatus, a hard film is formed on the surface of the base material in order to prevent a reaction between the base material (for example, stainless steel) of the gas supply pipe and the gas. However, there is a problem in that the substance constituting the hard film is vaporized and liberated and flows into the processing chamber disposed inside the vacuum vessel provided in the plasma processing apparatus, contaminating the processing chamber or adhering to the upper surface of the semiconductor wafer. It was happening.
上記課題を解決するために、本発明によるプラズマ処理装置のガス排気方法は、処理室内にガスを供給するガス供給配管の内部にハロゲン系ガスを充填して、ガス供給配管の内壁に形成されたクロム不動態皮膜とハロゲン系ガスとの反応により反応化合物を形成する工程と、ガス供給配管に連通する排気配管を介して、反応化合物をハロゲン系ガスと共に排気ポンプによって排気する工程とを含む。そして、反応化合物を排気する上記工程では、反応化合物が気化する第1圧力で、反応化合物およびハロゲン系ガスを排気する。 In order to solve the above problems, a gas exhaust method of a plasma processing apparatus according to the present invention is formed on the inner wall of a gas supply pipe by filling a gas supply pipe for supplying gas into the processing chamber with a halogen-based gas. A step of forming a reactive compound by a reaction between the chromium passivation film and the halogen-based gas, and a step of exhausting the reactive compound together with the halogen-based gas by an exhaust pump through an exhaust pipe communicating with the gas supply pipe. In the step of exhausting the reaction compound, the reaction compound and the halogen-based gas are exhausted at the first pressure at which the reaction compound vaporizes.
本発明によれば、プラズマ処理装置において、ガス供給配管に起因した処理室内の汚染を低減することができる。また、これにより、プラズマ処理装置の稼働停止時間を短縮することができる。 According to the present invention, in the plasma processing apparatus, contamination in the processing chamber due to the gas supply pipe can be reduced. Thereby, the operation stop time of the plasma processing apparatus can be shortened.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Needless to say.
また、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 In addition, when referring to “consisting of A”, “consisting of A”, “having A”, and “including A”, other elements are excluded unless specifically indicated that only that element is included. It goes without saying that it is not what you do. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
(課題の詳細な説明)
まず、本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置のガス排気方法がより明確となると思われるため、これまで本発明者らによって検討されたプラズマ処理装置のガス供給配管に起因した汚染について説明する。
(Detailed description of the issue)
First, since it seems that the gas exhaust method of the plasma processing apparatus by embodiment of this invention will become clearer, the contamination resulting from the gas supply piping of the plasma processing apparatus examined by the present inventors until now is demonstrated.
半導体デバイスの製造には、プラズマを用いたプラズマ処理装置が広く用いられている。例えばエッチング装置では、まず、真空容器の内部に配置された処理室の室内に備わる台上に半導体ウェハを保持する。続いて、処理室内に半導体ウェハの上面に予め形成された、半導体回路を構成するための薄膜の加工に適した処理用ガスを供給しながら、処理室内に電界または磁界を供給する。これにより、処理用ガスの粒子が励起されてプラズマが形成され、上記薄膜はその上部に配置されたマスクパターンに沿って処理される。 In the manufacture of semiconductor devices, plasma processing apparatuses using plasma are widely used. For example, in an etching apparatus, first, a semiconductor wafer is held on a table provided in a processing chamber disposed inside a vacuum vessel. Subsequently, an electric field or magnetic field is supplied into the processing chamber while supplying a processing gas, which is formed in advance on the upper surface of the semiconductor wafer in the processing chamber and is suitable for processing a thin film for forming a semiconductor circuit. As a result, the particles of the processing gas are excited to form plasma, and the thin film is processed along the mask pattern disposed thereon.
このような半導体ウェハの上面に予め形成された薄膜の処理を行う工程では、処理用ガスに、半導体回路を形成する珪素(Si)化合物またはアルミニウム(Al)合金などに対して反応性の高い物質、例えばハロゲン系ガスが用いられることが多い。このようなガスを処理室内に供給するガス供給配管では、ガスと接する部材に耐腐食性能に優れた材料が用いられる。例えば塩素(Cl2)ガスまたはこの化合物を組成の元素として含むガスを供給するガス供給配管では、その内壁にステンレス鋼(SUS316L)が一般に用いられている。 In the process of processing a thin film previously formed on the upper surface of the semiconductor wafer, a substance having a high reactivity with a processing gas for a silicon (Si) compound or an aluminum (Al) alloy that forms a semiconductor circuit. For example, a halogen-based gas is often used. In a gas supply pipe for supplying such a gas into the processing chamber, a material having excellent corrosion resistance is used for a member in contact with the gas. For example, in a gas supply pipe that supplies chlorine (Cl 2 ) gas or a gas containing this compound as an element of composition, stainless steel (SUS316L) is generally used for its inner wall.
しかし、ステンレス鋼を構成する鉄(Fe)、クロム(Cr)またはニッケル(Ni)の元素は、供給されたガスと相互反応を生起する。このため、反応化合物が処理用ガスの流れに乗って処理室内へ流れ込み、半導体ウェハの上面に付着したり、ガスとしてその上面の周囲に残留したりして、半導体ウェハの上面、半導体ウェハが搬送される部材または搬送用ロボットの表面などが汚染されるという問題が生じていた。 However, the elements of iron (Fe), chromium (Cr) or nickel (Ni) constituting the stainless steel cause an interaction with the supplied gas. For this reason, the reaction compound rides on the flow of the processing gas and flows into the processing chamber and adheres to the upper surface of the semiconductor wafer, or remains as a gas around the upper surface of the semiconductor wafer. There has been a problem that a member to be processed or a surface of a transfer robot is contaminated.
そこで、このような問題に対して、従来のプラズマ処理装置では、ガスが接する部材の表面に硬質皮膜を形成したガス供給配管が用いられている。例えばステンレス鋼の表面にクロム酸化物、すなわちクロム(VI)酸化物(CrO3)を化学変化させたクロム(III)酸化物(Cr2O3)の微細な粒子からなるクロム不動態皮膜を形成したガス供給配管が用いられている。このような技術は、例えば前記特許文献1、2、3および4などに記載されている。 Therefore, in order to solve such a problem, a conventional plasma processing apparatus uses a gas supply pipe in which a hard film is formed on the surface of a member in contact with the gas. For example, a chromium passivation film composed of fine particles of chromium (III) oxide (Cr 2 O 3 ) obtained by chemically changing chromium oxide, that is, chromium (VI) oxide (CrO 3 ), is formed on the surface of stainless steel. Gas supply pipes are used. Such a technique is described in, for example, Patent Documents 1, 2, 3, and 4 described above.
しかしながら、本発明者らが検討したところ、ガスが接する部材の表面にクロム不動態皮膜などの硬質皮膜を形成したガス供給配管では、次の点について、考慮が不十分であることが明らかとなった。 However, as a result of investigations by the present inventors, it has become clear that the following points are insufficiently considered in the gas supply pipe in which a hard film such as a chromium passivation film is formed on the surface of the member in contact with the gas. It was.
すなわち、硬質皮膜は、プラズマ処理装置が運転される際に様々に変化する動作条件の全てに対して十分な耐腐食性能および不動性を有していなかった。一般に、半導体ウェハに対する処理条件、例えば温度および圧力は、半導体ウェハの上面に形成された処理対象である薄膜の材質および構造に応じて変えられるものである。そのため、半導体ウェハに対する一部の処理条件においては、硬質皮膜を構成する物質が気化、遊離して、処理室内に流入し、処理室内を汚染するまたは半導体ウェハの上面に付着するという問題が生じていた。 That is, the hard coating did not have sufficient corrosion resistance and immobility for all of the operating conditions that change variously when the plasma processing apparatus is operated. In general, the processing conditions for a semiconductor wafer, such as temperature and pressure, can be changed according to the material and structure of a thin film to be processed formed on the upper surface of the semiconductor wafer. Therefore, in some processing conditions for the semiconductor wafer, there is a problem that the material constituting the hard film is vaporized and liberated, flows into the processing chamber, contaminates the processing chamber, or adheres to the upper surface of the semiconductor wafer. It was.
また、本発明者らの検討によれば、ガス供給配管の内壁に形成された硬質皮膜は、主に新規部材の場合、その表面が粗雑であるため、処理用ガスとして三塩化ホウ素(BCl3)または塩素(Cl2)などのハロゲン系ガスを用いた場合、汚染量の増大が顕著となることが明らかとなった。このため、ガス供給配管の内壁に形成された硬質皮膜を平滑化することによって汚染量の低下を図る必要がある。しかし、ガス供給配管の内壁に形成された硬質皮膜の平滑化、さらに、真空容器の内部の汚染による処理室内の清掃および部品の交換には、プラズマ処理装置を長時間稼動停止する必要があり、プラズマ処理装置の稼働率の低下の大きな原因となっていた。 Further, according to the study by the present inventors, the hard coating formed on the inner wall of the gas supply pipe is mainly a new member, and its surface is rough. Therefore, boron trichloride (BCl 3) is used as a processing gas. ) Or a halogen-based gas such as chlorine (Cl 2 ), it became clear that the increase in the amount of contamination becomes significant. For this reason, it is necessary to reduce the amount of contamination by smoothing the hard film formed on the inner wall of the gas supply pipe. However, to smooth the hard coating formed on the inner wall of the gas supply pipe, and to clean the interior of the processing chamber and replace parts due to contamination inside the vacuum vessel, it is necessary to shut down the plasma processing equipment for a long time. This was a major cause of a decrease in the operating rate of the plasma processing apparatus.
本発明の目的は、プラズマ処理装置において、ガス供給配管に起因した処理室内の汚染を低減することである。また、これにより、プラズマ処理装置の稼働停止時間を短縮することである。 An object of the present invention is to reduce contamination in a processing chamber caused by gas supply piping in a plasma processing apparatus. This also shortens the operation stop time of the plasma processing apparatus.
本実施例によるプラズマ処理装置のガス排気方法について以下に説明する。 The gas exhaust method of the plasma processing apparatus according to this embodiment will be described below.
≪処理用ガスの導入機構および排気機構≫
図1は、本実施例による電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance:)方式のマイクロ波プラズマエッチング装置の処理用ガスの導入機構および排気機構を説明する概略図である。
≪Process gas introduction mechanism and exhaust mechanism≫
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a process gas introduction mechanism and an exhaust mechanism of an electron cyclotron resonance (micron) plasma etching apparatus according to this embodiment.
図1に示すように、ガス供給元であるシリンダ101が、ガス配管102に連結されており、処理室106内にガスを供給する経路を備えている。
As shown in FIG. 1, a
ガス配管102の経路上には、ガス配管102の内部の流路を開放または遮断するバルブ103およびバルブ105が配置されており、バルブ105は処理室106内での処理の断続に応じてガス配管102の流路を開閉する。
On the path of the
また、ガス配管102の経路上には、バルブ105の上流側で複数のガスの導入経路であるガスライン104を有している。ガスライン104は、ガスライン104−1〜16の16個のガスの経路を含み、各々に異なる元素、または組成(異なる種類)の物質のガスが通流する。ガスライン104−1〜16の複数を流れる互いに異なる種類のガスは合流部において混合された処理用ガスとなってガス配管102の内部を処理室106に向けて通流する。
Further, a
処理室106に導入された処理用ガスは、真空ポンプ108および粗引きポンプ110の動作によって排気される。排気されるガスの量および速度は、真空ポンプ108の回転数と、回転バルブ107の角度に応じた開口の面積とにより変化する。また、処理室106内の圧力の値および真空度は、処理用ガスの供給の量および速度と、回転バルブ107からの排気の量および速度とのバランスにより調整される。
The processing gas introduced into the
ガスライン104−1〜16の各々の経路上には、内部を流れるガスの流量および速度を可変に増減する調節器であるマスフローコントローラ104−1b〜16bが配置され、その前後に、ガスライン104−1〜16の各々を開放または遮断するバルブ104−1a〜16aおよびバルブ104−1c〜16cが各々配置されている。さらに、ガスライン104−1〜16の各々は、上流側においてガス供給元であるシリンダ101に連結されている。
On each path of the gas lines 104-1 to 16, mass flow controllers 104-1 b to 16 b, which are regulators that variably increase or decrease the flow rate and speed of the gas flowing inside, are arranged. Valves 104-1a to 16a and valves 104-1c to 16c for opening or blocking each of -1 to 16 are arranged. Further, each of the gas lines 104-1 to 16-16 is connected to a
また、ガス配管102の経路上のガスライン104−1〜16またはガスライン104が合流する合流部と、バルブ105との間にバイパスライン112が連結されており、バイパスライン112は、粗引きポンプ110の入口と一端部が連結されたバイパスライン113との連結部を備えている。さらに、バイパスライン112の経路上には、内部の流路を開放または遮断するバルブ111を備えている。ガスライン104−1〜16の各々は、バイパスライン113に連結されたガスのパージ用の経路であるパージ用ラインを備えており、パージ用ラインの各々の経路上には内部の流路を開放または遮断するバルブ104−1d〜16dを備えている。
A
粗引きポンプ110は、通常、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプ108の排気口と連結された排気ポンプである。ターボ分子ポンプでは、排気の効率が低く、排気できない相対的に高い圧力の範囲でのガス配管102、ガスライン104または処理室106内の排気を行うことができない。そこで、真空ポンプ108と粗引きポンプ110の入り口とを連結するラインの経路上であって、バイパスライン113が連結する連結部よりも真空ポンプ108側に、内部の流路を開放または遮断するバルブ109を配置する。そして、このバルブ109で流路を遮断することによって、バイパスライン113からガス配管102、ガスライン104または処理室106内を、大気圧から、ターボ分子ポンプが使用できる高い真空度の減圧状態まで効率的に排気することができる(処理室106の粗引きラインは図示せず)。なお、バイパスライン113の経路上に、バイパスライン113の内部の流路を開放または遮断するバルブ114が配置されている。
The
≪汚染物の特定≫
本実施例では、汚染物の発生要因となるガスを特定するため、ガスライン104−1〜13(104−14〜16のガス種は重複)の各ライン単独に、処理室106内へガスを導入し、ガスライン初期使用時の処理室106内の汚染度確認試験を実施した。試験は、アルゴン(Ar)、三フッ化窒素(NF3)、臭化水素(HBr)、酸素(O2)、四塩化珪素(SiCl4)、塩素(Cl2)、六フッ化硫黄(SF6)、三塩化ホウ素(BCl3)、四フッ化炭素(CF4)、窒素(N2)、水素(H2)およびトリフルオロメタン(CHF3)の計12種類で実施した。その結果、ハロゲン系ガスである塩化珪素(SiCl4)、塩素(Cl2)、三塩化ホウ素(BCl3)および臭化水素(HBr)による処理室106内の汚染が確認された。
≪Identification of contaminants≫
In this embodiment, in order to identify the gas that causes the generation of contaminants, the gas is supplied into the
表1に、ガスライン初期使用時の汚染度確認試験(サイクルパージ実施前)の結果を示す。 Table 1 shows the result of the contamination degree confirmation test (before the cycle purge) at the initial use of the gas line.
汚染度確認試験の結果、ガスライン初期使用時はハロゲン系ガスである塩化珪素(SiCl4)、塩素(Cl2)、三塩化ホウ素(BCl3)および臭化水素(HBr)での処理室106内の汚染が確認された。特に、三塩化ホウ素(BCl3)において32.9(E10 atom/cm2)の高い汚染度が確認された。以上の結果から、前記4種類のガスを処理室106内の汚染原因と推定した。なお、汚染原因と推定したガスの処理室106への導入と処理室106からの排気とを継続することにより、汚染度の低下が確認されている。
As a result of the contamination degree confirmation test, the
ところで、本実施例において処理用ガスとして用いられる三塩化ホウ素(BCl3)と、処理室106にガスを供給するガス配管102の内壁に形成された硬質皮膜、例えばクロム酸化物(Cr2O3)とは、以下のような化学反応を起こすと推定される。
By the way, boron trichloride (BCl 3 ) used as a processing gas in this embodiment, and a hard film formed on the inner wall of the
3Cr2O3(solid)+2BCl3(gas) ⇒
3Cr2O2Cl2(liquid)+B2O3(solid) 化学反応式(1)
このような化学反応式(1)から、三塩化ホウ素(BCl3)を供給した場合は、ガス配管102の内壁にはクロム酸化物(Cr2O3)の塩化物である塩化クロミル(Cr2O3Cl2)の液体が生成することが分かる。
3Cr 2 O 3 (solid) + 2BCl 3 (gas) ⇒
3Cr 2 O 2 Cl 2 (liquid) + B 2 O 3 (solid) Chemical reaction formula (1)
From this chemical reaction formula (1), when boron trichloride (BCl 3 ) is supplied, chromyl chloride (Cr 2 ), which is a chloride of chromium oxide (Cr 2 O 3 ), is formed on the inner wall of the
図2は、化学反応式(1)で示した、クロム酸化物(Cr2O3)の塩化物である塩化クロミル(Cr2O2Cl2)の蒸気圧と温度との関係を示すグラフ図である。縦軸に塩化クロミル(Cr2O2Cl2)の蒸気圧、横軸に系の温度を示す。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the vapor pressure and temperature of chromyl chloride (Cr 2 O 2 Cl 2 ), which is a chloride of chromium oxide (Cr 2 O 3 ), represented by chemical reaction formula (1). It is. The vertical axis represents the vapor pressure of chromyl chloride (Cr 2 O 2 Cl 2 ), and the horizontal axis represents the system temperature.
図2に示すように、ガス配管102の温度が、常温(20℃)の場合には、ガス配管102の内部の圧力が1.9kPa以下になると、塩化クロミル(Cr2O2Cl2)が気化する。気化した塩化クロミル(Cr2O2Cl2)が、ガス配管102を通り処理室106内に導入されると、処理室106内において塩化クロミル(Cr2O2Cl2)が液化して付着し、その後、クロム(Cr)成分が処理室106内の半導体ウェハの上面に形成された薄膜と相互作用を生起し、化合物が形成されて、半導体ウェハが汚染される虞がある。
As shown in FIG. 2, when the temperature of the
さらに、半導体ウェハの上面に堆積された複数の互いに種類の異なる多層膜をエッチングする場合、各膜層を各々互いに異なる条件でエッチング処理する必要がある。そのため、複数のステップを設けて半導体ウェハをエッチング処理する。この際、ステップとステップとの間で、処理室106内およびガス配管102の内部を真空ポンプ108の動作により真空排気して、前ステップで用いた処理用ガスおよび生成物を排気する。この際、処理室106内およびガス配管102の内部の圧力は1.9kPa以下となり、塩化クロミル(Cr2O2Cl2)の液体が気化し、処理室106内が汚染される虞がある。
Further, when etching a plurality of different types of multilayer films deposited on the upper surface of the semiconductor wafer, it is necessary to etch each film layer under different conditions. Therefore, the semiconductor wafer is etched by providing a plurality of steps. At this time, between the steps, the inside of the
そこで、このような問題を解決するためには、ガス配管102に起因した汚染物が、処理室106内に導入されないようにすることが必要となる。
Therefore, in order to solve such a problem, it is necessary to prevent contamination caused by the
≪ガス排気方法および効果≫
次に、本実施例によるプラズマ処理装置のガス排気方法について詳細に説明する。このガス排気方法により、ガス配管102に起因した汚染物の処理室106内への導入を抑制することができる。
≪Gas exhaust method and effect≫
Next, the gas exhaust method of the plasma processing apparatus according to the present embodiment will be described in detail. By this gas exhaust method, it is possible to suppress introduction of contaminants due to the
図3は、本実施例によるマイクロ波プラズマエッチング装置のガス排気方法を説明するための、サイクルパージ作業における各バルブ操作の流れを示すフローチャート図である。図4は、本実施例によるマイクロ波プラズマエッチング装置のガス排気方法を説明するための、サイクルパージ作業におけるガス充填経路を示す概略図である。 FIG. 3 is a flowchart showing the flow of each valve operation in the cycle purge operation for explaining the gas exhaust method of the microwave plasma etching apparatus according to the present embodiment. FIG. 4 is a schematic view showing a gas filling path in a cycle purge operation for explaining a gas exhaust method of the microwave plasma etching apparatus according to the present embodiment.
まず、ガス供給元であるシリンダ101、ガスバルブ103およびガスバルブ104−1aを開けて、マスフローコントローラ104−1bを最大流量にする(ステップ301)。ここで、ガスバルブ104−1cおよび104−1dは閉めている。
First, the
次に、シリンダ101およびガスバルブ103を閉めることで、ガス配管102の経路401(図4中、相対的太い線で示す経路)の内部を高圧力のガスで充填する(ステッ302)。
Next, by closing the
その後、10分以上、充填状態を維持する(ステップ303)。これにより、ガス配管102の経路401の内壁に形成された硬質皮膜(例えばクロム酸化物(Cr2O3))と、ガスとの反応を促進させる。
Thereafter, the filling state is maintained for 10 minutes or more (step 303). Accordingly, the reaction between the hard film (for example, chromium oxide (Cr 2 O 3 )) formed on the inner wall of the
次に、ガスバルブ109を閉め、ガスバルブ104−1dおよびガスバルブ114を開け、粗引きポンプ110で排気することにより、ガス配管102の経路401の内壁に付着した反応化合物(例えば塩化クロミル(Cr2O2Cl2))を、ガス配管102の経路401の内部に充填したガスと共に排気する(ステップ304)。
Next, the
排気時のガス配管102の温度は、例えば常温(20℃)、ガス配管102の内部の圧力は、例えば1.9kPa以下とする。なお、排気時のガス配管102の内部の圧力は反応化合物(例えば塩化クロミル(Cr2O2Cl2))が気化、遊離する1.9kPa以下としているが、より低圧であれば効果が期待できる。また、排気時間は反応化合物がほぼ取り除かれたと推定される1分以上とした。
The temperature of the
次に、ガスバルブ114およびガスバルブ104−1dを閉め、マスフローコントローラ104−1bを最小流量とし、ガスバルブ104−1aを閉める(ステップ305)。
Next, the
次に、再度ガスを供給するため、シリンダ101およびガスバルブ103を開ける(ステップ306)。
Next, in order to supply gas again, the
以上のフローチャートを1サイクルとし、10サイクルを実施した後(ステップ307)、処理室106内の汚染度確認試験を実施した。
The above flowchart is defined as one cycle, and after 10 cycles (step 307), a contamination degree confirmation test in the
表1に、サイクルパージ実施後の汚染度確認試験の結果を示す。 Table 1 shows the results of the contamination degree confirmation test after the cycle purge.
サイクルパージ実施後はハロゲン系ガスである塩化珪素(SiCl4)、塩素(Cl2)、三塩化ホウ素(BCl3)および臭化水素(HBr)の汚染度は、1.0(E10 atom/cm2)よりも小さくなり、サイクルパージ実施前(前述したガスライン初期使用時)の汚染度と比較すると、汚染度の低下が見られた。 After the cycle purge, the contamination levels of halogen-based gases such as silicon chloride (SiCl 4 ), chlorine (Cl 2 ), boron trichloride (BCl 3 ), and hydrogen bromide (HBr) are 1.0 (E10 atoms / cm 2 ), and the pollution level was lowered as compared with the pollution level before the cycle purge was performed (when the gas line was initially used).
図5は、本実施例によるプラズマ処理装置に備わるガス配管の内壁に形成された硬質皮膜の模式図を示す。硬質皮膜には、クロム不動態皮膜であるクロム酸化物(Cr2O3)を用いている。 FIG. 5 is a schematic diagram of a hard coating formed on the inner wall of a gas pipe provided in the plasma processing apparatus according to this embodiment. For the hard film, chromium oxide (Cr 2 O 3 ), which is a chromium passive film, is used.
図5(a)は、サイクルパージ実施前のガス配管の内壁に形成された硬質皮膜の表面状態を示しており、粗雑な内壁面501が多く見られ、表1に示した通り、処理室内の汚染度も高い値となった。これに対して、図5(b)は、サイクルパージ実施後のガス配管の内壁に形成された硬質皮膜の表面状態を示しており、平滑な内壁面502が多く見られ、表1に示した通り、処理室内の汚染度も低い値となった。 FIG. 5 (a) shows the surface state of the hard coating formed on the inner wall of the gas pipe before the cycle purge. Many rough inner wall surfaces 501 are seen, and as shown in Table 1, The pollution level was also high. On the other hand, FIG. 5 (b) shows the surface state of the hard coating formed on the inner wall of the gas pipe after the cycle purge, and many smooth inner wall surfaces 502 are seen, as shown in Table 1. As a result, the degree of contamination in the processing chamber was also low.
≪変形例≫
サイクルパージ作業において処理用ガスとして用いられる三塩化ホウ素(BCl3)を、図3に示したサイクルパージ作業によりガス配管102の経路401の内部に充填した際のガス配管102の内部の圧力は、シリンダ101のガスの供給圧力である40kMPa以下となる。このような圧力の場合、図2によれば、ガス配管102の温度が87℃であれば、塩化クロミル(Cr2O2Cl2)が気化する。
≪Modification≫
The pressure inside the
以上のことから、図3に示したサイクルパージ作業におけるガス配管102のガス充填経路(例えば図4に示す経路401)に温調可能なヒーターを設置することで、ガス充填時の気化、遊離を促進することができ、ガス配管102の内壁の平滑化を加速させることが可能である。なお、ヒーターの温度の制御範囲は常温である20℃以上、かつ90℃以下が効果的であると推定される。
From the above, by installing a temperature-controllable heater in the gas filling path (for example, the
このように、本実施例によれば、ガス配管102の内壁に形成された硬質皮膜から生成される反応化合物を、処理室106内へ導入することなく排気することができるので、処理室106内の汚染を低減することができ、また、半導体ウェハの上面への汚染物の付着を防止することができる。また、ガス配管102の内壁に形成された硬質皮膜を容易に平滑化することができ、また、処理室106内の汚染が低減できることから、処理室106内の掃除および部品の交換などの頻度を低減することができる。これにより、プラズマ処理装置の稼動停止時間を短縮することができるので、プラズマ処理装置の稼働率を上げることができる。
As described above, according to the present embodiment, the reaction compound generated from the hard coating formed on the inner wall of the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば本実施の形態では、ガス供給配管の基材の表面に形成される硬質皮膜として、クロム不動態皮膜であるクロム酸化物(Cr2O3)を例示したが、これに限定されるものではない。 For example, in the present embodiment, chromium oxide (Cr 2 O 3 ), which is a chromium passive film, is exemplified as the hard film formed on the surface of the base material of the gas supply pipe. However, the present invention is not limited to this. Absent.
また、本実施の形態では、プラズマ処理装置、特に、プラズマエッチング装置に適用したガス排気方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置などにも適用することができる。 In this embodiment, a gas exhaust method applied to a plasma processing apparatus, particularly, a plasma etching apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus. can do.
101 シリンダ
102 ガス配管
103 バルブ
104 ガスライン
104−1〜16 ガスライン
104−1a〜16a バルブ
104−1b〜16b マスフローコントローラ
104−1c〜16c バルブ
104−1d〜16d バルブ
105 バルブ
106 処理室
107 回転バルブ
108 真空ポンプ
109 バルブ
110 粗引きポンプ
111 バルブ
112 バイパスライン
113 バイパスライン
114 バルブ
401 経路
501 ガス配管の内壁面
502 ガス配管の内壁面
101
Claims (10)
前記供給配管の内部に形成された硬質皮膜との反応により反応化合物を形成するガスを前記供給配管に充填する工程と、
前記供給配管に充填されたガスと前記反応化合物とを所定の圧力にて前記排気配管を介して前記処理室を経由することなく前記排気ポンプにより排気する工程とを有し、
前記所定の圧力は、前記反応化合物が気化する圧力であることを特徴とするガス排気方法。 A gas used in a semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a processing chamber; a supply pipe that supplies gas into the processing chamber; an exhaust pipe that communicates with the supply pipe; and an exhaust pump that exhausts the processing chamber and the supply pipe. In the gas exhaust method to exhaust,
Filling the supply pipe with a gas that forms a reaction compound by reaction with a hard coating formed inside the supply pipe;
Exhausting the gas filled in the supply pipe and the reaction compound with the exhaust pump at a predetermined pressure through the exhaust pipe without passing through the processing chamber ;
The gas exhaust method according to claim 1, wherein the predetermined pressure is a pressure at which the reaction compound vaporizes.
前記供給配管の内部に形成された硬質皮膜との反応により反応化合物を形成するガスを前記供給配管に充填する工程と、
前記供給配管に充填されたガスと前記反応化合物とを所定の圧力にて前記排気配管を介して前記排気ポンプにより排気する工程とを有し、
前記所定の圧力は、前記反応化合物が気化する圧力であり、
前記供給配管に充填されたガスは、塩化珪素ガス、三塩化ホウ素ガスまたは臭化水素ガスであることを特徴とするガス排気方法。 A gas exhaust method for exhausting a gas used in a semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a processing chamber; a supply pipe for supplying gas into the processing chamber; an exhaust pipe communicating with the supply pipe; and an exhaust pump for exhausting the processing chamber In
Filling the supply pipe with a gas that forms a reaction compound by reaction with a hard coating formed inside the supply pipe;
Evacuating the gas filled in the supply pipe and the reaction compound with the exhaust pump through the exhaust pipe at a predetermined pressure,
The predetermined pressure is a pressure at which the reaction compound vaporizes,
A gas exhausting method, wherein the gas filled in the supply pipe is silicon chloride gas, boron trichloride gas or hydrogen bromide gas .
前記供給配管の内部に形成された硬質皮膜との反応により反応化合物を形成するガスを前記供給配管に充填する工程と、
前記供給配管に充填されたガスと前記反応化合物とを所定の圧力にて前記排気配管を介して前記排気ポンプにより排気する工程とを有し、
前記所定の圧力は、前記反応化合物が気化する圧力であり、
前記供給配管に充填されたガスは、塩化珪素ガスまたは三塩化ホウ素ガスであることを特徴とするガス排気方法。 A gas exhaust method for exhausting a gas used in a semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a processing chamber; a supply pipe for supplying gas into the processing chamber; an exhaust pipe communicating with the supply pipe; and an exhaust pump for exhausting the processing chamber In
Filling the supply pipe with a gas that forms a reaction compound by reaction with a hard coating formed inside the supply pipe;
Evacuating the gas filled in the supply pipe and the reaction compound with the exhaust pump through the exhaust pipe at a predetermined pressure,
The predetermined pressure is a pressure at which the reaction compound vaporizes,
A gas exhausting method, wherein the gas filled in the supply pipe is silicon chloride gas or boron trichloride gas .
前記供給配管に充填されたガスは、ハロゲン系ガスであることを特徴とするガス排気方法。 The gas exhaust method according to claim 1 ,
A gas exhausting method, wherein the gas filled in the supply pipe is a halogen-based gas .
前記ハロゲン系ガスは、塩化珪素ガス、塩素ガス、三塩化ホウ素ガスまたは臭化水素ガスであることを特徴とするガス排気方法。 The gas exhaust method according to claim 4 ,
The gas exhaust method according to claim 1, wherein the halogen-based gas is silicon chloride gas, chlorine gas, boron trichloride gas, or hydrogen bromide gas .
前記硬質皮膜は、クロム酸化物であることを特徴とするガス排気方法。 The gas exhaust method according to any one of claims 1 to 3 ,
The gas exhaust method according to claim 1, wherein the hard coating is chromium oxide .
前記反応化合物は、塩化クロミルであり、
前記所定の圧力は、1.9kPa以下の圧力であることを特徴とするガス排気方法。 The gas exhaust method according to claim 6 ,
The reaction compound is chromyl chloride,
The gas exhaust method according to claim 1, wherein the predetermined pressure is a pressure of 1.9 kPa or less .
前記供給配管の温度は、20℃以上、かつ90℃以下の温度であることを特徴とするガス排気方法。 The gas exhaust method according to claim 1 ,
The gas exhaust method according to claim 1, wherein the temperature of the supply pipe is 20 ° C or higher and 90 ° C or lower .
前記供給配管の内部に形成された硬質皮膜との反応により反応化合物を形成するガスを前記供給配管に充填する時間は、10分以上の時間であることを特徴とするガス排気方法。The gas exhaust method according to claim 1, wherein a time for filling the supply pipe with a gas that forms a reaction compound by a reaction with a hard coating formed inside the supply pipe is 10 minutes or more.
前記充填する工程と前記排気する工程とを交互に10回以上繰り返すことを特徴とするガス排気方法。The gas exhausting method, wherein the filling step and the exhausting step are alternately repeated 10 times or more.
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